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Abstract

Die Häufigkeit, die Risikofaktoren und der Ausgang einer polyklonalen gramnegativen Bakteriämie sind noch unbekannt. Wir untersuchten sie in einer prospektiven Kohortenstudie von Patienten, bei denen eine Blutkultur ⩾1 Spezies gramnegativer aerober Stäbchen ergab. Bei jedem Patienten wurden 4 Kolonien jedes morphologischen Typs einer Pulsed-Field-Gel-Elektrophorese (PFGE) unterzogen. Episoden von Bakteriämie wurden als polyklonal betrachtet, wenn sie durch >1 PFGE-Typ derselben Spezies verursacht wurden. Zehn (6,5 %) der 153 untersuchten Patienten hatten eine polyklonale Bakteriämie. Bakteriämie aufgrund von nicht fermentierenden Stäbchen war der einzige signifikante Risikofaktor für polyklonale Bakteriämie. Komplikationen traten in allen Patientengruppen gleich häufig auf. Allerdings erhielten Patienten mit polyklonaler Bakteriämie eine umfangreichere Antibiotikatherapie als Patienten mit monoklonaler Bakteriämie. Fast 20 % der Episoden von Bakteriämie, die durch nicht fermentierende Stäbchen verursacht wurden, waren polyklonal, aber es bleibt unklar, warum nicht fermentierende Stäbchen mit größerer Wahrscheinlichkeit eine polyklonale Bakteriämie verursachten als andere gramnegative Stäbchen.

Gram-negative Bakteriämie ist eine schwere Infektion mit einer geschätzten rohen Sterblichkeitsrate von 20 %-50 %. Daher wurden die Risikofaktoren für die Entwicklung einer Sepsis, der natürliche Krankheitsverlauf und insbesondere die Therapie eingehend untersucht. Moderne molekulare Instrumente wurden bisher nur selten zur Untersuchung der Sepsis eingesetzt. In einigen der späteren Studien wurden Episoden von Bakteriämie aufgrund des >1-Genotyps derselben Spezies beschrieben. Arbeit et al. verwendeten den Begriff „polyklonale Bakteriämie“, um diese Episoden von Bakteriämie zu beschreiben.

Eine frühere retrospektive Studie ergab, dass Patienten mit polyklonaler gramnegativer Bakteriämie häufiger schwere Grunderkrankungen aufwiesen als Patienten mit monoklonaler Bakteriämie . Darüber hinaus starben mehr Patienten mit polyklonaler Bakteriämie an der Bakteriämie. Das retrospektive Studiendesign war jedoch möglicherweise anfällig für erhebliche Verzerrungen. Daher haben wir eine prospektive Kohortenstudie durchgeführt, um die Häufigkeit der polyklonalen Bakteriämie abzuschätzen und die Risikofaktoren für eine polyklonale Bakteriämie und deren Ausgang zu untersuchen.

Patienten und Methoden

Patienten. Das Universitätsklinikum Benjamin Franklin ist ein 1300-Betten-Krankenhaus der tertiären Versorgung mit ∼34.000 Eintritten pro Jahr. In die Studie wurden alle Patienten aufgenommen, bei denen ⩾1 Spezies aerob wachsender gramnegativer Stäbchen aus ⩾1 Blutkultur isoliert wurde, die im Zeitraum von August 1996 bis Juli 1997 gesammelt wurde.

Ein Untersucher, der für die Ergebnisse der Typisierung blind war, erfasste die folgenden Daten aus den Krankenakten der einzelnen Patienten: Alter, Geschlecht, Krankenhaus, in dem sie behandelt wurden, Grunderkrankungen, Schweregrad der Grunderkrankung, bewertet nach den McCabe- und Jackson-Kriterien (schnell tödlich, voraussichtlicher Tod innerhalb von 12 Monaten; letztlich tödlich, voraussichtliche Lebenserwartung >12 Monate, aber Tod innerhalb von 4 Jahren; nicht tödlich, voraussichtliche Lebenserwartung >4 Jahre), Karnofsky-Score, APACHE-II-Score (acute physiology and chronic health evaluation), Quelle der Bakteriämie, Komplikationen, Therapie und Ergebnis.

Da die ursprüngliche Studie, in der der APACHE II-Score beschrieben wurde, keine Kinder einschloss, wurde der Score nur für Personen im Alter von >16 Jahren berechnet. Es wurden Daten zu möglichen Risikofaktoren für eine Bakteriämie erhoben, einschließlich der folgenden: Durchführung von operativen Eingriffen, Notwendigkeit einer Hämodialyse, Vorhandensein von Fremdkörpern und/oder Legen von intravaskulären oder Urinkathetern und Notwendigkeit einer mechanischen Beatmung für ⩾24 h. Eine Körperstelle wurde als Quelle einer Bakteriämie angesehen, wenn dieselbe Bakterienart von dieser Stelle und aus der Blutkultur isoliert wurde oder wenn eine lokale Infektion mittels Radiologie, Sonographie oder während chirurgischer Eingriffe diagnostiziert wurde. Zur Bewertung der systemischen Reaktionen der Patienten auf die Bakteriämie wurden die von der Konsensuskonferenz des American College of Chest Physicians und der Society of Critical Care Medicine festgelegten Sepsiskriterien herangezogen. Die Krankenakten wurden überprüft, um festzustellen, ob der Patient eine der folgenden Komplikationen entwickelte: septischer Schock, Atemnotsyndrom bei Erwachsenen, Nierenversagen, disseminierte intravasale Gerinnung, Multiorganversagen oder Tod durch Bakteriämie. Die Dauer der antimikrobiellen Therapie wurde definiert als der Zeitraum vom ersten Tag der antimikrobiellen Therapie bis zum letzten Tag der Therapie. Für jeden Patienten wurde die Gesamtzahl der Tage der Antibiotikatherapie berechnet, indem die Therapiedauer für alle antimikrobiellen Mittel, die der Patient erhielt, addiert wurde; die prophylaktische antimikrobielle Therapie wurde bei der Berechnung nicht berücksichtigt.

Organismen. Das mikrobiologische Labor (am Universitätsklinikum Benjamin Franklin) verwendete zur Aufbereitung von Blutproben Brühe-Blutkulturen (Septicheck; Becton Dickinson). Von den Blutkulturen, in denen gramnegative Stäbchen gewachsen waren, wurden 4 Kolonien jedes morphologischen Typs weiterverarbeitet. Zur Identifizierung der Isolate bis zur Art wurden die Systeme API 20E und API 20NE (bioMérieux) verwendet. Die Isolate wurden gefroren bei -70°C in Glyzerinbrühe gelagert.

Molekulare Typisierung. Zur Typisierung der Isolate wurde die von Pfaller et al. beschriebene PFGE-Methode (Pulsed Field Gel Electrophoresis) verwendet. Nach mindestens zweimaligem Passieren jedes Isolats auf Blutagar wurden die Kolonien in Trypticase-Soja-Bouillon beimpft und die Kulturen über Nacht bebrütet. Die Bakterien wurden in Agarose eingebettet, und die chromosomale DNA wurde mit dem entsprechenden Restriktionsenzym verdaut: XbaI für Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa und Xanthomonas maltophilia; SpeI für Enterobacter-Arten, Klebsiella-Arten, Proteus-Arten, Serratia marcescens und andere Enterobacteriaceae; SmaI für Haemophilus influenzae; und AscI für Acinetobacter-Arten. Die Fragmente wurden mittels PFGE aufgetrennt und die Gele mit Ethidiumbromid gefärbt. Wenn alle Haupt- und Nebenbanden genau übereinstimmten, wurden die Isolate als identisch eingestuft. Wenn mindestens 90 %, aber <100 % der Banden übereinstimmten (d. h. 1-3 Banden unterschieden sich), wurden die Isolate als ähnlich eingestuft. Wenn <90% der Banden übereinstimmten (d.h. >3 Banden unterschieden sich), wurden die Isolate als unterschiedliche Stämme eingestuft. Eine Bakteriämie wurde als polyklonal definiert, wenn ⩾2 verschiedene Stämme der gleichen gramnegativen Spezies in einer einzigen Blutkultur identifiziert wurden.

Empfindlichkeitsprüfung. Die antimikrobielle Empfindlichkeit wurde mittels Mikrobrühe-Verdünnung unter Verwendung der Break-Point-Methode getestet. Mit Hilfe von Mikrotiterplatten und selbst hergestellten Medien (IsoSensitest Bouillon; Unipath) wurde die Empfindlichkeit der Isolate gegenüber den folgenden antimikrobiellen Wirkstoffen getestet: Ampicillin, Ampicillin-Sulbactam, Piperacillin, Mezlocillin, Cefotiam, Cefotaxim, Ceftriaxon, Cefaclor, Ceftazidim, Imipenem, Meropenem, Trimethoprim-Sulfamethoxazol, Gentamicin, Tobramycin, Ofloxacin, Ciprofloxacin, Tetracyclin, Amikacin und Fosfomycin. Die Antibiotikaresistenzprofile der Stämme mit unterschiedlichen PFGE-Typen, die von demselben Patienten stammen, wurden verglichen. Bei zwei PFGE-Typen war ein Unterschied in der Interpretationskategorie (empfindlich vs. resistent) für ⩾1 Antibiotikum erforderlich, damit die Antibiotikaprofile als unterschiedlich angesehen wurden.

Statistische Analyse. Wenn in der Krankenakte eines Patienten Daten für >40 % der Kategorien fehlten oder wenn wir die Blutkulturisolate nicht typisieren konnten, wurde der Patient von der Analyse ausgeschlossen. Wir verwendeten entweder den χ2-Test oder den exakten Test von Fisher, um Unterschiede zwischen kategorischen Variablen zu bewerten, und den Mann-Whitney-U-Test, um Unterschiede zwischen kontinuierlichen Variablen zu bewerten (SPSS). Wir setzten α auf 0,05 und führten 2-tailed Tests durch.

Ergebnisse

Während des Studienzeitraums hatten 169 Patienten eine Episode einer gramnegativen Bakteriämie. Sechzehn Patienten wurden von der weiteren Analyse ausgeschlossen, 9 Patienten, weil Daten für >40% der Kategorien fehlten, und 7 Patienten, weil wir die Blutkulturisolate nicht typisieren konnten. Die Patienten mit fehlenden Daten wurden kurz nach der Entnahme einer Blutprobe für die Kultur in andere Krankenhäuser verlegt; daher fehlten die meisten Daten in den Krankenakten. Die ausgeschlossenen Patienten unterschieden sich nicht von den eingeschlossenen Patienten in Bezug auf Alter, Geschlecht, Krankenhausdienst, in dem sie behandelt wurden, oder die mikrobielle Spezies, die die Bakteriämie verursachte.

Von den 153 Patienten, die in die Analyse einbezogen wurden, hatten 47 Patienten eine polymikrobielle Bakteriämie. Die Episoden der polymikrobiellen Bakteriämie wurden bei 27 Patienten durch Kombinationen von gramnegativen Stäbchen und grampositiven Kokken (Koagulase-negative Staphylokokken, Enterokokken oder Staphylococcus aureus) verursacht. Einige Patienten hatten eine polymikrobielle Bakteriämie, die durch Kombinationen von gramnegativen Stäbchen und Pilzen (2 Patienten), gramnegativen Stäbchen und verschiedenen anaeroben Organismen (6 Patienten) oder gramnegativen und grampositiven Stäbchen (3 Patienten) verursacht wurde. Neun Patienten hatten eine polymikrobielle Bakteriämie, die auf 2 verschiedene gramnegative Arten zurückzuführen war. Daher standen 162 subkultivierte Isolate von gramnegativen Stäbchen für die Typisierung zur Verfügung. Escherichia coli, Klebsiella-Arten und Enterobacter-Arten waren die am häufigsten isolierten gramnegativen Arten (Tabelle 1). Zehn Episoden von Bakteriämie (6,5 %) waren polyklonal, d. h. die Episoden wurden durch zwei PFGE-Typen derselben Spezies verursacht. Fünf der Patienten, die eine polyklonale Bakteriämie aufwiesen, hatten auch eine polymikrobielle Bakteriämie. Episoden polyklonaler Bakteriämie wurden signifikant häufiger durch nicht fermentierende Stäbchen verursacht als durch monoklonale oder polymikrobielle Bakteriämie.

Patienten mit polyklonaler Bakteriämie wurden mit Patienten mit monoklonaler Bakteriämie und mit Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie verglichen. Die 5 Patienten, die sowohl eine polymikrobielle als auch eine polyklonale Bakteriämie aufwiesen, wurden aus der Analyse ausgeschlossen, um eine falsche Klassifizierung zu vermeiden. Die Patienten mit polyklonaler Bakteriämie wiesen die gleiche Verteilung von Alter, Geschlecht und Anzahl der Grunderkrankungen auf wie die Patienten mit monoklonaler Bakteriämie und die Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie (Tabelle 2). Der Schweregrad und die Prognose der zugrundeliegenden Erkrankungen waren in allen Patientengruppen ähnlich.

Bei allen Patientengruppen wurden mehr als die Hälfte der Bakteriämieepisoden im Krankenhaus erworben, und ∼10 wurden während der Behandlung auf einer Intensivstation erworben. Die mittlere Dauer des Krankenhausaufenthalts vor dem Auftreten einer Bakteriämie war bei Patienten mit polyklonaler Bakteriämie länger (17 Tage) als bei Patienten mit monoklonaler Bakteriämie (11 Tage) und bei Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie (9 Tage); dieser Unterschied war jedoch nicht signifikant. In allen Patientengruppen war der Anteil der Patienten, die mechanisch beatmet wurden oder bei denen ein zentraler Venen- oder Harnkatheter gelegt wurde, ähnlich hoch. Bei den Patienten mit monoklonaler oder polyklonaler Bakteriämie war der Harntrakt die häufigste Quelle der Bakteriämie. Bei den Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie waren intraabdominale Prozesse (z. B. Divertikulitis) die häufigste Quelle der Bakteriämie.

Nahezu alle Patienten waren während ihrer Bakteriämieepisode symptomatisch und erfüllten die Kriterien für eine Sepsis (Tabelle 3). Die Häufigkeit von Komplikationen während der Bakteriämieepisode war in allen Patientengruppen gering, und nur 10 der Patienten mit monoklonaler Bakteriämie und 12 der Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie starben innerhalb von 7 Tagen nach der ersten positiven Blutkultur. Keiner der Patienten mit polyklonaler Bakteriämie starb an der Bakteriämie.

Patienten mit polyklonaler Bakteriämie blieben nach der Episode länger im Krankenhaus als Patienten mit monoklonaler oder polymikrobieller Bakteriämie (Mittelwert, 48 Tage vs. 27 Tage bzw. 48 Tage vs. 30 Tage); dieser Zusammenhang erreichte jedoch keine statistische Bedeutung. Die Patienten mit polyklonaler Bakteriämie erhielten mehr Antibiotika und wurden länger behandelt als die Patienten mit monoklonaler Bakteriämie. Die Gesamtzahl der Tage der Antibiotikatherapie war bei Patienten mit polyklonaler Bakteriämie signifikant höher als bei Patienten mit monoklonaler Bakteriämie (P = .02). Die Antibiotikabehandlung unterschied sich nicht signifikant zwischen Patienten mit polyklonaler Bakteriämie und Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie.

Vier von zehn Isolatpaaren, die unterschiedliche PFGE-Muster aufwiesen, hatten auch unterschiedliche Empfindlichkeitsmuster für antimikrobielle Mittel. Die Muster unterschieden sich in der Empfindlichkeit gegenüber 1-5 antibiotischen Wirkstoffen. In all diesen Fällen hatte das mikrobiologische Labor die Anfälligkeit des resistenteren Stammes gemeldet. Daher erhielten alle Patienten eine angemessene Therapie.

Diskussion

Häufigkeit. Die Häufigkeit der polyklonalen gramnegativen Bakteriämie ist unseres Wissens bisher nicht untersucht worden. Mehrere Forscher haben jedoch Episoden von polymikrobieller Bakteriämie untersucht. Es ist bekannt, dass der Anteil der polymikrobiellen Bakteriämieepisoden zwischen 6 % und 21 % liegt. Die Ergebnisse dieser Studien sind jedoch schwer zu vergleichen, da die Forscher unterschiedliche Definitionen der polymikrobiellen Bakteriämie verwendeten. Im Allgemeinen haben die meisten Studien Episoden von polymikrobieller Bakteriämie als solche definiert, bei denen >1 Spezies aus derselben Blutprobe isoliert wurden. Bei Anwendung dieser Definition hatte ein etwas höherer Anteil (31 %) unserer Patientenpopulation, bei denen ⩾1 gramnegative Spezies aus der Blutkultur isoliert wurde, eine polymikrobielle Bakteriämie.

Bei 9 (19 %) der 47 Patienten wurde die polymikrobielle Bakteriämie durch 2 verschiedene gramnegative Stäbchen verursacht. Andere Forscher fanden eine ähnliche Rate von Bakteriämien aufgrund von ⩾2 gramnegativen Stäbchen bei 9-28 % der Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie. In unserer Studienpopulation waren Episoden von gramnegativer polyklonaler Bakteriämie ebenso häufig wie Episoden von Bakteriämie aufgrund von 2 Spezies gramnegativer Stäbchen (6,5 % bzw. 5,8 %).

Risikofaktoren. Es wurden nur wenige Fälle von polyklonaler Bakteriämie berichtet. Es lagen also keine Informationen über Risikofaktoren für polyklonale Bakteriämie vor. In unserer Studienpopulation war der Organismus, der die Bakteriämie verursachte, der einzige signifikante Risikofaktor, der mit polyklonaler Bakteriämie assoziiert war.

Ergebnis. Keiner der von uns untersuchten Patienten mit polyklonaler Bakteriämie starb an der Bakteriämieepisode. Dies unterschied sich nicht signifikant von der niedrigen Sterblichkeitsrate bei Patienten mit monoklonaler Bakteriämie und bei Patienten mit polymikrobieller Bakteriämie. In anderen Studien wurde festgestellt, dass Patienten mit Episoden polymikrobieller Bakteriämie eine höhere Sterblichkeitsrate aufwiesen als Patienten mit Episoden monomikrobieller Bakteriämie. Die Zahl der Patienten mit dokumentierter polyklonaler Bakteriämie ist möglicherweise noch zu gering, um Rückschlüsse auf die mit polyklonaler Bakteriämie verbundene Sterblichkeitsrate zu ziehen.

Patienten mit polyklonaler Bakteriämie blieben nach ihrer Bakteriämieepisode länger im Krankenhaus und erhielten eine umfangreichere Antibiotikatherapie als Patienten mit monoklonaler Bakteriämie. Aufgrund unserer kleinen Patientengruppe konnten wir jedoch nicht analysieren, ob der längere Krankenhausaufenthalt und die umfangreichere Therapie auf die polyklonale Bakteriämie oder auf die Grunderkrankung der Patienten zurückzuführen waren.

Mikrobiologie. Auffallend war, dass fast ein Viertel aller Episoden von Bakteriämie aufgrund von nicht fermentierenden Stäbchen polyklonal war. Wir haben die Virulenzfaktoren der verursachenden Organismen nicht untersucht, aber es scheint möglich, dass einige Organismen (z. B. nicht fermentierende Stäbchen) besondere Eigenschaften haben, die die Entwicklung einer polyklonalen Bakteriämie begünstigen.

Nahezu die Hälfte der Episoden polyklonaler Bakteriämie wurde durch Bakterienstämme verursacht, die unterschiedliche antimikrobielle Empfindlichkeitsprofile aufwiesen. In anderen Berichten über polyklonale Infektionen wiesen die gepaarten Isolate von der Hälfte der Patienten ebenfalls unterschiedliche Empfindlichkeitsmuster gegenüber antimikrobiellen Mitteln auf. Daher hat die Laborpraxis, Isolate mit unterschiedlichen morphologischen Typen aus derselben Blutkultur zu identifizieren und zu testen, eindeutig ihre Berechtigung. Wenn Mikrobiologen nur einen anfälligen Stamm testen, der von einem Patienten mit einer polyklonalen Bakteriämie isoliert wurde, kann es sein, dass bei der anschließenden Therapie der resistente Stamm selektiert wird. Dies könnte als Resistenzentwicklung während der Antibiotikatherapie missverstanden werden, obwohl der De-novo-Erwerb einer Resistenz ein seltenes Ereignis ist, das in <10 % der Rückfälle auftritt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine polyklonale Bakteriämie im Hinblick auf das Ergebnis eher einer polymikrobiellen Bakteriämie als einer monoklonalen Bakteriämie ähnelt. Daher müssen Patienten mit polyklonaler Bakteriämie in weiteren Studien zum Outcome der Bakteriämie möglicherweise gesondert analysiert werden.

Danksagung

Wir danken Dagmar Löffler für ihre hervorragende technische Unterstützung bei der Genotypisierung.